线性致动器（linear actuators）因其能够直接产生直线运动，被大范围的应用于机器人和可穿戴设备中。尽管软致动器和柔性线性致动器已被开发以实现多种构型下的有效操作，但它们仍受限于有限的致动行程和离散弯曲，这限制了其可达工作空间和曲率。在此，研究人员提出一
线性致动器（linear actuators）因其能够直接产生直线运动，被大范围的应用于机器人和可穿戴设备中。尽管软致动器和柔性线性致动器已被开发以实现多种构型下的有效操作，但它们仍受限于有限的致动行程和离散弯曲，这限制了其可达工作空间和曲率。在此，研究人员提出一种管状电磁软保形线性致动器（tubular electromagnetic soft conformal linear actuator, TESCLA），该致动器在具有连续弯曲的大致动行程中施加推力。该致动器利用液态金属螺线管（liquid-metal solenoids）（软定子）和顺应性磁复合材料（soft mover）的柔软性，在直线构型和保形于周围环境的变形构型下均可工作。同步致动策略允许致动器通过向软定子施加电流来产生可控的双向电磁推力。此外，经过测量软螺线管因软动子位移而产生的电感变化来估计步进位置。通过数值仿真评估了致动器组件的设计，以确定有效构型，同时考虑了推力、最小步长和传感分辨率等性能特性。利用所提出的致动器的功能，演示了仿生机器人应用和一种可穿戴触觉设备。
线性运动是工业和机器人应用中的基础致动策略，线性致动器因无需传动机构即可直接产生线性力而被普遍的使用。然而，现有线性致动器大多本质刚性，其力输出局限于预定义轴线，无法在操作中改变方向，这限制了其在复杂或受限环境中的适用性。此外，刚性导致人机工效差，限制了致动器在触觉和辅助设备中的部署。软致动器（如气动人工肌肉、静电致动器、形状记忆合金）虽具有物理顺应性，但仍存在致动行程有限、弯曲离散等问题。在电磁驱动领域，研究人员通过将液态金属制成螺线管线圈嵌入硅胶弹性体，实现了软电磁致动器，但单螺线管构型导致行程受限且力分布不均，而依赖外部磁铁则限制了非结构化环境的应用。同时，现有柔性线性致动器通过引入刚性接头实现弯曲，但只能实现分段线性弯曲，且弯曲分辨率与致动性能之间有权衡。因此，开发能实现大行程、均匀力输出且无需外部磁场、具有连续弯曲能力的软线性致动器具备极其重大意义。
研究人员提出了一种管状电磁软保形线性致动器（TESCLA），该致动器由液态金属螺线管制成的软定子和顺应性磁复合材料制成的软动子组成，实现了连续弯曲下的推力输出。通过同步六步换相控制，致动器产生可控双向电磁推力，并经过测量螺线管电感实现动子位置自感知。有限元分析（FEA）优化了螺线管匝数、磁体高度等参数，确定了有效构型。实验表明，致动器在直线状态下推力与输入电流线 Hz全程行程。在弯曲状态下，推力随曲率变化极小，但摩擦导致行程减小。应用演示包括：人工二头肌（实现51.7°屈伸运动）、金枪鱼式游泳机器人（速度3.54 mm/s，可转向）和腕戴式力触觉反馈装置（传递双向力）。该研究发表在《Advanced Materials》。
研究人员采用定制的绕线机制造均匀的液态金属螺线匝，注入共晶镓铟eGaIn），利用三滑轮系统保持张力恒定。通过有限元仿真（COMSOL Multiphysics）优化螺线管径向/轴向匝数比和磁体高度。建立理论模型计算弯曲状态下的电磁力（基于毕奥-萨伐尔定律和洛伦兹力，通过转换矩阵处理弯曲坐标）。使用电感-数字转换器（LDC1314）实现自感知，通过继电器模块分离驱动与传感电路。
致动器由软定子（六个液态金属螺线管，分两组三相）和软动子（交替排列的顺应性永磁体与铁磁芯，磁体由钕铁硼粉末与硅胶混合并磁化，铁磁芯由羰基铁粉与硅胶混合）组成。通过六步换相施加电流，在定子相邻螺线管间产生磁场梯度，吸引动子中磁通集中的铁磁芯，实现4.5 mm步进位移，总行程54 mm。经过测量螺线管电感变化（因铁磁芯高磁导率引起）估计动子位置，实现自感知。
通过FEA模拟，在恒定导线长度下比较不同径向匝数（6、8、10匝）的推力与力分辨率比，确定6径向匝为最优（每单位长度推力最大）。磁体高度影响推力（磁体越厚，磁通密度越大）和传感性能（磁体高度决定铁磁芯比例，影响电感变化幅度），最终选定磁体高9 mm、铁磁芯高4.5 mm。
测量螺线管轴向磁场分布与仿真吻合，磁场密度与电流线 A连续电流下螺线°C。顺应性磁体剩磁随钕铁硼粉末质量比增加而增大，铁磁芯相对磁导率随羰基铁粉质量比增加而增大，但刚度也增加。选择最大质量比（磁体350%，铁磁芯300%）以平衡力与传感性能。
推力随动子插入深度增加而增大，各换相相位间推力对称。实验、仿真与模型结果吻合。推力与输入电流线 A）。平均致动时间随电流增大而缩短（1 A时190 ms）。连续5 Hz六步换相实现全程位移，高于5 Hz时行程不足。长周期测试（1000次）显示动子位移逐渐稳定，推力因焦耳热导致磁体温度效应而缓慢下降。自感知能力：经过测量四个中央螺线管的电感并设定阈值，将动子位置分类为13个步进位置，用于控制换相。
在曲率半径100、200、300 mm下测量推力，力幅值几乎与曲率无关（仅100 mm时略有下降），但实验值低于模型和仿真，归因于动子被动变形引起的摩擦。动子位移随曲率减小而受限（300 mm时可达全程，200 mm时约22.5 mm，100 mm时约18 mm），因摩擦阻碍。平均致动时间在弯曲状态下延长，曲率越小时间越长。弯曲状态下电感轮廓与直线状态一致，可可靠估计位置。
软定子作为人工肌肉，软动子作为柔性关节，通过移动子直线运动转换为前臂旋转，实现51.7°屈伸。利用电感自感知反馈，可在外界扰动下将手臂定位到目标角度（负载达30 g时，增加电流可增大屈曲角度）。
通过连杆将直线 mm/s速度游泳。通过非对称摆动实现转向（顺时针0.38°/s，逆时针0.45°/s）。
腕戴式装置通过柔性杆将致动器推力传递至指尖，致动器随腕部运动保形变形。双向拉动和推动产生力反馈，实测指尖力小于致动器推力（部分能量耗散于柔性杆弹性变形）。
讨论部分指出，该致动器实现了完全柔软、连续弯曲的线性电磁致动，无需额外机械接头，且磁体与螺线管间无间隙，磁场密度更高。致动器推力与电流线 Hz下全程操作，自感知依赖四个中央螺线管。弯曲状态下因主动件被动顺应而保持功能。均匀性通过定制绕线机保证。模块化设计允许通过增加单元调整力和位移。未来改进方向包括：使用更软硅胶管降低弯曲刚度（或直接打印液态金属）、减少摩擦（低摩擦涂层或保持同心性）。
总之，研究人员展示了一种由均匀液态金属螺线管和顺应性磁组件组成的软致动器，能够产生轴向力并具有本体感知能力。据研究人员所知，这项工作首次展示了完全柔软、可连续弯曲的线性电磁致动器，其定子和动子完全顺应，能够在弯曲构型下工作而无分段刚性段。凭借其机械顺应性和电磁驱动，所提出的致动器在软体机器人、可穿戴系统和别的需要适应性和可变形致动平台的应用中具有巨大潜力。
